JP4525345B2 - Optical recording method and optical recording apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、特にホスト・ガラスに少なくとも１種以上の希土類を添加した記録材料を有する光記録媒体に対する記録に適用して好適な光記録方法及び光記録装置に関する。 The present invention relates to an optical recording method and an optical recording apparatus suitable for recording on an optical recording medium having a recording material in which at least one kind of rare earth is added to a host glass.
ガラス中の希土類イオンは、光励起によって４ｆ軌道内遷移による発光を示し、近年アップコンバージョン傾向や光増幅などの面から注目されており、均質なガラス中の希土類イオンの発光特性については多く報告されている。
特に、ホスト・ガラスに希土類を添加した光記録媒体に対し、その記録用集光照射レーザ光源として、パルス幅が１ｐｓ以下程度であるいわゆるフェムト秒レーザに再生増幅器を組み合わせた光源を用いる手法が提案されている（例えば特許文献１及び２参照。）。
また、材料のホスト・ガラスを２種類以上のガラス相より構成される分相ガラスとすることによって、分相前に比べて吸光度及び蛍光強度が増大することが報告されている（例えば非特許文献１及び２参照。）。
Rare earth ions in glass show light emission due to 4f orbital transition by photoexcitation, and in recent years have attracted attention from the viewpoint of up-conversion tendency and light amplification, and many emission characteristics of rare earth ions in homogeneous glass have been reported. Yes.
In particular, a method using a light source that combines a regenerative amplifier with a so-called femtosecond laser with a pulse width of about 1 ps or less is proposed as an optical recording medium with rare earth added to host glass. (For example, see Patent Documents 1 and 2).
In addition, it has been reported that the absorbance and the fluorescence intensity are increased by using a phase separation glass composed of two or more glass phases as the host glass of the material (for example, non-patent literature) 1 and 2).
ところで、希土類イオンを添加したガラス材料は、適切な記録しきい値を実現するのが難しいという問題がある。
例えば、組成比が３５ＡｌＦ３／１０ＢａＦ２／２０ＣａＦ２／１０ＭｇＦ２／１４．９ＹＦ３／０．１ＳｍＦ３であるようなフッ化アルミ系ガラスをホストとしたＳｍ添加ガラスにおいては、開口数ＮＡ＝１．３５で集光した場合、フォトマルチプライヤーを検出器とした共焦点レーザ顕微鏡で確認できるその記録しきい値は約３５ｎＪ／ｐｕｌｓｅである。したがって、このエネルギー以上のパルスレーザ光を照射することによって、媒体中に３価のイオンとして存在するＳｍイオンが２価に変化することで記録状態とすることができる。
しかしながら、上述の記録しきい値エネルギーでの照射は、いわゆるクーロン爆発を伴うものであり、このクーロン爆発に伴って生じるボイド周辺の発光と混在する形でしか、十分な蛍光発光を観察することができない。
By the way, a glass material to which rare earth ions are added has a problem that it is difficult to realize an appropriate recording threshold.
For example, in an Sm-added glass whose host is an aluminum fluoride-based glass having a composition ratio of 35AlF 3 / 10BaF 2 / 20CaF 2 / 10MgF 2 /14.9YF 3 /0.1SmF 3 , the numerical aperture NA = 1 When the light is collected at .35, the recording threshold value that can be confirmed with a confocal laser microscope using a photomultiplier as a detector is about 35 nJ / pulse. Therefore, by irradiating pulsed laser light of this energy or higher, the Sm ions existing as trivalent ions in the medium change to divalent, and a recording state can be obtained.
However, the irradiation with the above-mentioned recording threshold energy is accompanied by so-called Coulomb explosion, and sufficient fluorescence emission can be observed only in a form mixed with emission around the void generated by this Coulomb explosion. Can not.
また、上述したように、ホスト・ガラスに分相ガラスを用い、適宜希土類を添加したガラス材料においては、その吸収スペクトル、蛍光強度が大きく増加することが報告されており、この結果として、実質的に記録しきい値を下げることが可能と考えられる。
しかしながら、ガラスを分相化して蛍光発光の輝度が増加する効果は、例えば加熱によって発現する。したがって、一定以上の高温長時間の熱処理、例えば７００℃で数時間程度の加熱を施す必要がある（例えば上記非特許文献３参照。）。
このため、コンパクト・ディスク（ＣＤ）に代表される光ディスクの形態やそれに準ずる形態の光記録再生装置においては、このような材料を記録材料とする記録媒体を用いて簡便かつ迅速な記録を行うことは不可能であり、実用化が難しい。
こうした問題を解決する手段としては、例えば一旦パルスレーザで記録を行った後、別のレーザ光、例えばより長いパルス幅を有するパルス発振、あるいは連続発振する半導体レーザ等のレーザ光源を用いて熱処理する等の方法が現実的な対応と考えられるが、これらの方式の場合、熱処理用にレーザ光源を別途用意する必要があるだけでなく、記録時間が概ね２倍かかる計算となるため、特により高い転送レートを必要とする用途において、十分な性能を実現することは困難であった。
In addition, as described above, it has been reported that the absorption spectrum and fluorescence intensity of a glass material using a phase-separated glass as a host glass and appropriately adding rare earths are greatly increased. It is considered possible to lower the recording threshold.
However, the effect of increasing the luminance of fluorescence emission by phase-dividing glass is manifested by heating, for example. Therefore, it is necessary to perform heat treatment for a long time at a high temperature above a certain level, for example, heating at 700 ° C. for several hours (see, for example, Non-Patent Document 3).
For this reason, in an optical recording / reproducing apparatus in the form of an optical disk typified by a compact disk (CD) or a form similar thereto, simple and rapid recording can be performed using a recording medium using such a material as a recording material. Is impossible and practical application is difficult.
As a means for solving such a problem, for example, after recording with a pulse laser, heat treatment is performed using a laser light source such as another laser beam, for example, a pulsed laser having a longer pulse width or a semiconductor laser that continuously oscillates. Such a method is considered to be a realistic countermeasure, but in these methods, it is not only necessary to separately prepare a laser light source for heat treatment, but also the recording time is approximately twice, so it is particularly higher. In applications that require a transfer rate, it has been difficult to achieve sufficient performance.
本発明は、このような問題に鑑みて、記録材料として、分相ガラスに希土類イオンを添加した材料を用いる記録媒体に対し、実用的な記録態様が可能な光記録方法及び光記録装置を提案することを目的とする。 In view of such problems, the present invention proposes an optical recording method and an optical recording apparatus capable of a practical recording mode for a recording medium that uses a material obtained by adding rare earth ions to phase separation glass as a recording material. The purpose is to do.
上記課題を解決するため、本発明による光記録方法は、分相ガラスをホスト・ガラスとし、少なくとも１種以上の希土類元素を添加した記録材料を有する追記型の記録媒体を用いて、パルス幅が１ｐｓ以下であり、かつその繰り返し周波数が８０ＭＨｚ以上のパルスレーザ・オシレータより成る光源により、１パルスあたりの照射エネルギーを前記記録材料のクーロン爆発のしきい値エネルギー未満としてパルスレーザの照射を行って、前記記録材料における上記添加された希土類の状態変化を多光子吸収過程により誘起して、上記記録材料の光吸収特性及び蛍光の発光特性を変化させることにより情報の記録を行うことを特徴とする。 To solve the above problems, an optical recording method according to the invention, the phase-separated glass as a host glass, using a write-once recording medium having a recording material obtained by adding at least one or more rare earth elements, pulse width Is 1 ps or less, and a pulse laser is irradiated with a light source composed of a pulsed laser oscillator whose repetition frequency is 80 MHz or more, with the irradiation energy per pulse being less than the threshold energy of the Coulomb explosion of the recording material. The information recording is performed by inducing the state change of the added rare earth in the recording material by a multiphoton absorption process, and changing the light absorption characteristics and the fluorescence emission characteristics of the recording material. To do.
更に、本発明による光記録装置は、パルス幅が１ｐｓ以下であり、かつその繰り返し周波数が８０ＭＨｚ以上のパルスレーザ・オシレータより成る光源と、記録媒体を載置する載置台と、前記光源から出射されるパルスレーザを、対物レンズを介して前記載置台上に載置される前記記録媒体上の所定の位置に照射する光学系と、前記載置台を、前記光源から出射される光の照射位置に対して、記録時に２０ｍｍ／ｓ以上の速度で移動させる駆動部と、を備える。そして、分相ガラスをホスト・ガラスとし、少なくとも１種以上の希土類元素を添加した記録材料を有する前記記録媒体に対し、光源から出射されるパルスレーザ光の１パルスあたりの照射エネルギーを記録材料のクーロン爆発のしきい値エネルギー未満としてパルスレーザの照射を行って、記録材料における添加された希土類元素の状態変化を多光子吸収過程により誘起して、記録材料の光吸収特性及び蛍光の発光特性を変化させることにより情報の記録を行うことを特徴とする。 Furthermore, an optical recording apparatus according to the present invention has a light source composed of a pulse laser oscillator having a pulse width of 1 ps or less and a repetition frequency of 80 MHz or more, a mounting table on which a recording medium is mounted, and a light source emitted from the light source. An optical system that irradiates a predetermined position on the recording medium placed on the mounting table via the objective lens and an irradiation position of the light emitted from the light source. On the other hand, a drive unit that moves at a speed of 20 mm / s or more during recording is provided. The irradiation energy per pulse of the pulsed laser light emitted from the light source is applied to the recording medium having the recording material in which the phase separation glass is the host glass and at least one kind of rare earth element is added . By irradiating a pulsed laser with a Coulomb explosion below the threshold energy, the state change of the rare earth element added to the recording material is induced by the multiphoton absorption process, and the light absorption characteristics and fluorescence emission characteristics of the recording material are It is characterized by recording information by changing it .
上述したように、本発明による光記録方法及び光記録装置においては、パルス幅が１ｐｓ以下であり、繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上のパルスレーザ光を用いて、分相ガラスをホスト・ガラスとし、少なくとも１種類以上の希土類元素を添加した記録材料を有する記録媒体に照射するものである。
従来、分相ガラスをホスト・ガラスとして希土類イオンを添加した材料に対しては、高温長時間の加熱処理を施すことにより蛍光発光の輝度を向上させていたが、本発明によれば、上述したようにパルスレーザの繰り返し周波数を１ＭＨｚ以上とすることによって、繰り返しパルスの影響によって記録媒体内に効果的に熱を溜めることができ、これによりホスト・ガラスの分相化による効果を誘起することができて、この結果、十分な蛍光発光を得ることができ、記録しきい値の低減化を図ることが可能となる。したがって、本発明によれば、希土類元素を添加した分相ガラスを記録材料とする記録媒体に対し、より低い記録しきい値による記録が可能となり、また長時間の加熱を要するなどの不都合を回避した実用的な光記録方法及び光記録装置を提供することができる。
As described above, in the optical recording method and optical recording apparatus according to the present invention, the phase separation glass is used as the host glass by using the pulse laser beam having a pulse width of 1 ps or less and a repetition frequency of 1 MHz or more. Irradiates a recording medium having a recording material to which more than one kind of rare earth elements are added.
Conventionally, the brightness of fluorescent light emission has been improved by applying a heat treatment for a long time at a high temperature for a material in which rare-earth ions are added using a phase separation glass as a host glass. Thus, by setting the repetition frequency of the pulse laser to 1 MHz or more, heat can be effectively stored in the recording medium due to the influence of the repetition pulse, thereby inducing the effect of phase separation of the host glass. As a result, sufficient fluorescence can be obtained, and the recording threshold can be reduced. Therefore, according to the present invention, recording with a lower recording threshold can be performed on a recording medium using a phase-separated glass to which a rare earth element is added as a recording material, and inconveniences such as long heating are avoided. Thus, a practical optical recording method and optical recording apparatus can be provided.
以上説明したように、本発明の光記録方法及び光記録装置によれば、分相ガラスに希土類元素を添加した記録材料を有する記録媒体に対し、高温長時間の加熱を要することなく良好に記録を行うことができる。
また、本発明の光記録方法において、多光子吸収過程により添加された希土類の状態変化を誘起して、記録材料の光吸収特性及び蛍光の発光特性を変化させることにより、記録材料の内部における所望の位置に良好に記録を行うことができ、多層記録媒体への記録を良好に行うことができる。
As described above, according to the optical recording method and the optical recording apparatus of the present invention, a recording medium having a recording material in which a rare earth element is added to phase-separated glass can be recorded well without requiring high-temperature and long-time heating. It can be performed.
Further, in the optical recording method of the present invention, a desired change in the inside of the recording material is achieved by inducing a state change of the rare earth added by the multiphoton absorption process to change the light absorption characteristics and the fluorescence emission characteristics of the recording material. Can be recorded satisfactorily, and recording on a multilayer recording medium can be performed satisfactorily.
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
上述したように、本発明は、適切な組成比を持つ分相ガラスに対し、希土類元素を少なくとも１種類以上添加した記録媒体に対し、その光源に１ｐｓ以下のパルス幅を有し、かつその繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上であるパルスレーザを用いて記録することにより、繰り返しパルスによって記録媒体内に生じる熱を利用して照射位置におけるガラスの分相化による効果を誘起して、高温長時間の加熱を要することなく、蛍光強度の増大化を図り、実用的な記録方法を提供するものである。
Examples of the best mode for carrying out the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.
As described above, the present invention has a pulse width of 1 ps or less at the light source for a recording medium in which at least one kind of rare earth element is added to a phase separation glass having an appropriate composition ratio, and the repetition thereof. By recording using a pulsed laser with a frequency of 1 MHz or more, the effect of glass phase separation at the irradiation position is induced using the heat generated in the recording medium by repeated pulses, and high temperature and long time heating is performed. In short, the fluorescent intensity is increased and a practical recording method is provided.
図１は、本発明構成の光記録装置の一例の基本構成を示す概略構成図である。光源１は、パルス幅１ｐｓ以下で、繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上のパルスレーザを発振する光源とする。この光源１から出射されたパルスレーザは、光軸Ｃ１に沿って光量調節用のＮＤフィルター等より成るフィルター２を介してビームスプリッター３に入射される。ビームスプリッター３により反射されたパルスレーザ光は、光軸Ｃに沿って例えばコンピュータ制御された３次元ステージより成り、層間移動及び収差補正がなされる光学系４に入射され、ここにおいてフォーカス方向及びトラッキング方向に制御され、また収差補正されて、対物レンズ５を介して、記録媒体３０の所望の記録層に合焦されて照射される。
記録媒体３０としては、分相ガラスに少なくとも１種類以上の希土類元素が添加された記録材料を有する構成とする。
また、図１に示す例においては、再生用の光源６を設け、共焦点光学系による再生光学系を構成する場合を示す。
この場合、例えば青色レーザ等の光源６から出射された光は、光軸Ｃ２に沿ってコリメータレンズ７を介してビームスプリッター８に入射される。ビームスプリッター８により反射されたレーザ光は、光軸Ｃに沿って、ビームスプリッター３を透過して光学系４に入射され、ここにおいてフォーカス方向及びトラッキング方向に制御され、かつ収差補正がなされて対物レンズ５を介して記録媒体３０に入射される。記録媒体３０から反射された光は、光学系４、ビームスプリッター３を透過して、集光レンズ９により集光されて、ピンホール１０を介して検出手段１１において検出される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of an example of an optical recording apparatus having the configuration of the present invention. The light source 1 is a light source that oscillates a pulse laser having a pulse width of 1 ps or less and a repetition frequency of 1 MHz or more. The pulse laser emitted from the light source 1 is incident on the beam splitter 3 through the filter 2 including an ND filter for adjusting the amount of light along the optical axis C1. The pulse laser beam reflected by the beam splitter 3 is made up of, for example, a computer-controlled three-dimensional stage along the optical axis C, and is incident on the optical system 4 where interlayer movement and aberration correction are performed. The direction is controlled, the aberration is corrected, and the desired recording layer of the recording medium 30 is focused and irradiated through the objective lens 5.
The recording medium 30 includes a recording material in which at least one kind of rare earth element is added to phase separation glass.
Further, the example shown in FIG. 1 shows a case where a reproducing light source 6 is provided and a reproducing optical system using a confocal optical system is configured.
In this case, for example, light emitted from the light source 6 such as a blue laser is incident on the beam splitter 8 via the collimator lens 7 along the optical axis C2. The laser light reflected by the beam splitter 8 passes through the beam splitter 3 along the optical axis C and enters the optical system 4, where it is controlled in the focus direction and tracking direction, and is corrected for aberrations to achieve the objective. The light enters the recording medium 30 through the lens 5. The light reflected from the recording medium 30 passes through the optical system 4 and the beam splitter 3, is collected by the condenser lens 9, and is detected by the detection means 11 through the pinhole 10.
本発明において用いる光源用レーザは、いわゆるパルスレーザ・オシレータと呼ばれるパルスレーザ光源を利用する。具体的には、Ti:Sapphireレーザに代表されるような非線形結晶を用いたモード・ロック・レーザ、例えばスペクトラ・フィジックス社製MaiTai（商品名）や、Ｅｒ添加ファイバのような非線形ファイバを用いたファイバ・レーザ、例えば米国IMRA America（イムラアメリカ）社製Femtolite（商品名）等が使用可能であり、現行製品レベルでのパルスの繰り返し周波数は１ＭＨｚ以上であり、典型的には５０〜１００ＭＨｚ程度である。 The light source laser used in the present invention uses a pulse laser light source called a so-called pulse laser oscillator. Specifically, a mode-locked laser using a nonlinear crystal represented by a Ti: Sapphire laser, for example, a MaiTai (trade name) manufactured by Spectra Physics, or a nonlinear fiber such as an Er-doped fiber was used. A fiber laser, for example, Femtolite (trade name) manufactured by IMRA America in the US can be used, and the pulse repetition frequency at the current product level is 1 MHz or more, typically about 50 to 100 MHz. is there.
なお、１ｐｓ以下のパルス幅を有するレーザ光源としては、フェムト秒レーザがこれに該当する代表例と考えられるが、同光源は上述のオシレータと呼ばれる高繰り返し周波数で発振するユニットと、いわゆる再生増幅器と呼ばれるユニットの二つから構成される場合が多い。オシレータは、その繰り返し周波数は共振器長に依存し、数〜数十ＭＨｚ、あるいは場合によりそれ以上の繰り返し周波数とすることも可能である。例えば、上述のスペクトラ・フィジックス社製のMaiTai（商品名）においては、繰り返し周波数は８０ＭＨｚである。
他方、再生増幅器は、オシレータからの出射光を導入し、これを分周して1パルスあたりのエネルギーを高める機能を持ち、その出射端での繰り返し周波数を数ｋＨｚ以下とする代わりに、1パルスあたりのエネルギーを３桁前後、場合によってはそれ以上改善することができる。ただし当然ながらこのような再生増幅器を用いる場合は、光源系の複雑さは増し、これに伴う信頼性の低下、またコスト高を招来することとなる。
従って、フェムト秒レーザ・オシレータのみを用いて光源を構成する本発明の光記録装置は、より簡便な構成で信頼性の向上を図ることができ、低コスト化も可能となる。
A femtosecond laser is considered to be a typical example of a laser light source having a pulse width of 1 ps or less. The light source includes a unit that oscillates at a high repetition frequency called the above-described oscillator, and a so-called regenerative amplifier. It is often composed of two called units. The repetition frequency of the oscillator depends on the resonator length, and can be several to several tens of MHz, or even higher than that. For example, in the above-mentioned MaiTai (trade name) manufactured by Spectra Physics, the repetition frequency is 80 MHz.
On the other hand, the regenerative amplifier has the function of introducing the light emitted from the oscillator and dividing it to increase the energy per pulse. Instead of setting the repetition frequency at the output end to several kHz or less, one pulse The per unit energy can be improved by about 3 digits, or even more in some cases. However, naturally, when such a regenerative amplifier is used, the complexity of the light source system increases, resulting in a decrease in reliability and cost.
Therefore, the optical recording apparatus of the present invention, which comprises a light source using only a femtosecond laser oscillator, can improve reliability with a simpler configuration, and can also reduce costs.
本発明においては、上述したように、１ｐｓ以下のパルス幅、繰り返し周波数１ＭＨｚ以上のパルスレーザを光源として用いることにより、記録媒体の記録材料である分相化ガラスを適切に熱処理できる環境を整えることによって、実質的により低いしきい値での記録が可能となる。これについて説明すると、上述したように、オシレータの繰り返し周波数は低く見積もった場合でも数ＭＨｚ程度あり、例えばTi:Sapphireレーザや非線形ファイバ・レーザは、既存の製品レベルで５０〜１００ＭＨｚ程度である。このことは、記録媒体内への集光レーザ照射によって、再生増幅器を用いた場合より、1パルスあたりの照射エネルギーが同じとすると、照射部位を中心にはるかに熱が溜まりやすいことを意味しており、仮に数ｎＪ程度のパルスエネルギーで価数変化を誘起できれば、熱処理を行うことなく、照射レーザによる熱の溜まりを利用して記録できると考えられる。 In the present invention, as described above, by using a pulse laser having a pulse width of 1 ps or less and a repetition frequency of 1 MHz or more as a light source, an environment capable of appropriately heat-treating phase-separated glass as a recording material of a recording medium is prepared. Allows recording at a substantially lower threshold. To explain this, as described above, the repetition frequency of the oscillator is about several MHz even if it is estimated to be low. For example, Ti: Sapphire laser and nonlinear fiber laser are about 50 to 100 MHz at the existing product level. This means that if the irradiation energy per pulse is the same by using a condensing laser irradiation inside the recording medium, heat will collect much more easily around the irradiated area than when a regenerative amplifier is used. If it is possible to induce a valence change with a pulse energy of about several nJ, it is considered that recording can be performed using heat accumulation by the irradiation laser without performing heat treatment.
以上の効果を確認するために、下記の材料を用いて本発明による光記録方法によって記録を行った。
この例においては、組成比が３５ＡｌＦ３／８ＢａＦ２／２ＢａＢｒ２／１０ＳｒＦ２／２０ＣａＦ２／１０ＭｇＦ２／１４．２ＹＦ３／０．８ＳｍＦ３となるＳｍ添加分相ガラスを記録材料とする記録媒体を用いた。
In order to confirm the above effects, recording was performed by the optical recording method according to the present invention using the following materials.
In this example, a recording medium using a Sm-added phase separation glass having a composition ratio of 35 AlF 3 / 8BaF 2 / 2BaBr 2 / 10SrF 2 / 20CaF 2 / 10MgF 2 /14.2YF 3 /0.8SmF 3 as a recording material is used. Using.
光記録装置としては、図１に示す光学系において、オシレータ光源１としてスペクトラ・フィジックス社製Tsunami（商品名）を用いた。この光源は、Ti:Sapphireレーザより成り、中心波長は８００ｎｍ、パルス幅は約１００ｆｓ、繰り返し周波数は８０ＭＨｚである。また、対物レンズ５の開口数ＮＡは０．９とした。記録媒体３０への照射平均パワーはおよそ７２０ｍＷであった。また、記録媒体３０は、図示しないがモータ駆動のステージ上に配される。ここで駆動ステージの走査速度は約２０ｍｍ／ｓである。この例においては、記録媒体３０への記録は、媒体表面から約２５μｍ内側に入った位置に行った。 As the optical recording apparatus, Tsunami (trade name) manufactured by Spectra Physics Co., Ltd. was used as the oscillator light source 1 in the optical system shown in FIG. This light source is made of a Ti: Sapphire laser, has a center wavelength of 800 nm, a pulse width of about 100 fs, and a repetition frequency of 80 MHz. The numerical aperture NA of the objective lens 5 was 0.9. The irradiation average power to the recording medium 30 was about 720 mW. The recording medium 30 is arranged on a motor-driven stage (not shown). Here, the scanning speed of the drive stage is about 20 mm / s. In this example, recording on the recording medium 30 was performed at a position about 25 μm inside from the medium surface.
他方、再生光学系としては、共焦点レーザ顕微鏡を利用して構成して再生光を検出した。共焦点レーザ顕微鏡としては、オリンパス社製FV300 （商品名）を用いた。このレーザ顕微鏡の対物レンズは、倍率６０倍の水浸対物レンズであり、開口数ＮＡは１．２である。再生光学系の光源６としては、波長４８８ｎｍのアルゴン・イオン・レーザを用いた。また、検出は５１０ｎｍ以上の波長域を透過するロングパスフィルターを介してフォトマルチプライヤーを用いて行った。 On the other hand, the reproducing optical system is configured using a confocal laser microscope to detect reproducing light. As the confocal laser microscope, Olympus FV300 (trade name) was used. The objective lens of this laser microscope is a water immersion objective lens with a magnification of 60 times, and its numerical aperture NA is 1.2. As the light source 6 of the reproducing optical system, an argon ion laser having a wavelength of 488 nm was used. The detection was performed using a photo multi- pliers through a long pass filter that transmits the wavelength range of more than 510 nm.
図２は、上記光学系による再生結果を示す。平均パワー７２０ｍＷ、繰り返し周波数８０ＭＨｚのため、1パルスあたりの照射エネルギーは約９ｎＪであるが、十分な蛍光の発光輝度を持った再生結果が得られていることがわかる。 FIG. 2 shows a reproduction result by the optical system. Since the average power is 720 mW and the repetition frequency is 80 MHz, the irradiation energy per pulse is about 9 nJ, but it can be seen that a reproduction result with sufficient fluorescence emission luminance is obtained.
また、同様の記録材料による記録媒体に対して、対物レンズの開口数をＮＡ＝１．３５とし、光源１に再生増幅器を併用して記録を行ったところ、そのクーロン爆発のしきい値エネルギーが約１１ｎＪであることを確認した。
そして、比較例として、再生増幅器を併用し、同じ開口数ＮＡでの照射による記録を行ったところ、１１ｎＪ以下のエネルギーでのパルス照射に対しては、発光は殆ど観察されず、すなわち適切な蛍光の発光量を伴う再生結果は得られなかった。
Further, when recording was performed on a recording medium made of the same recording material by setting the numerical aperture of the objective lens to NA = 1.35 and using the regenerative amplifier in combination with the light source 1, the threshold energy of the Coulomb explosion was It was confirmed that it was about 11 nJ.
As a comparative example, when a regenerative amplifier was used in combination and recording was performed by irradiation with the same numerical aperture NA, light emission was hardly observed for pulse irradiation with an energy of 11 nJ or less, that is, appropriate fluorescence. The reproduction result with the amount of luminescence was not obtained.
これに対し、本発明においては、繰り返し周波数を１ＭＨｚ以上とできるパルスレーザ・オシレータによる記録の結果、図２から明らかなように、十分な発光が確認されている。
更に、上記実施例においては、対物レンズの開口数はＮＡ＝０．９０の結果であることから、再生増幅器を併用した開口数ＮＡ＝１．３５での再生増幅器を併用した照射結果よりも、その集光エネルギー、すなわち価数変化の誘起に寄与するエネルギーが遥かに小さい。このことを考慮すると、パルスレーザの繰り返し周波数を高くしたことによって、熱の溜まりによる蛍光の発光輝度の大幅な増大が図られていることが推測され、これによりホスト・ガラスの分相化の効果が得られると考えられる。
On the other hand, in the present invention, as a result of recording with a pulse laser oscillator capable of setting the repetition frequency to 1 MHz or more, as shown in FIG. 2, sufficient light emission has been confirmed.
Further, in the above embodiment, since the numerical aperture of the objective lens is a result of NA = 0.90, than the irradiation result using the regenerative amplifier in combination with the regenerative amplifier having the numerical aperture NA = 1.35 in combination with the regenerative amplifier, The condensing energy, that is, the energy contributing to the induction of valence change is much smaller. Considering this, it is speculated that the emission luminance of fluorescence is greatly increased by increasing the repetition frequency of the pulsed laser, which is effective for phase separation of the host glass. Can be obtained.
これらの結果をまとめると、発明の効果として以下の点が挙げられる。すなわち、
１）適切な組成比を持つ分相ガラスをホスト・ガラスとし、これに適宜希土類材料を添加した記録媒体に対して、その光照射用光源として１ｐｓ以下のパルス幅を有し、かつその繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上の集光パルスレーザを照射して情報の記録を行う場合において、再生増幅器を併用せず、１ＭＨｚ以上の繰り返し周波数のパルスレーザを照射することによって、記録媒体内に生じる熱により分相化による効果を誘起し、これにより、価数変化後（すなわち記録後）の吸収スペクトルを変化させ、蛍光強度を大きく増加させることができ、結果として、実質的に記録しきい値を下げることが可能となる。
Summarizing these results, the following points can be cited as the effects of the invention. That is,
1) A recording medium in which a phase-separated glass having an appropriate composition ratio is used as a host glass and a rare earth material is appropriately added thereto, and has a pulse width of 1 ps or less as a light source for light irradiation, and its repetition frequency. In the case of recording information by irradiating a focused pulse laser of 1 MHz or higher, phase separation is caused by heat generated in the recording medium by irradiating a pulse laser having a repetition frequency of 1 MHz or higher without using a regenerative amplifier. Inducing the effect of crystallization, this can change the absorption spectrum after valence change (ie, after recording) and greatly increase the fluorescence intensity, resulting in substantially lowering the recording threshold. It becomes possible.
２）上記１）の作用から、より高い繰り返し周波数を有するパルスレーザ光源を用いることで、より多い熱の発生を促し、この結果としてより信頼性の高い分相化の効果が得られるだけでなく、より高い転送レートを実現することが可能である。
３）記録用光源として例えばフェムト秒レーザを用いる場合、再生増幅器を併用することなく、いわゆるオシレータのみで記録または再生用の光源を実現できるため、より高い信頼性の確保が可能となり、またより低コストで光記録装置を構成することができる。
４）再生増幅器を併用した場合と同様に、多光子吸収による希土類の価数変化を実現できる。したがって、光軸方向に多層化したいわゆる多層記録媒体記録に適した光記録方法及び光記録装置を提供することが可能である。
2) From the action of 1) above, by using a pulse laser light source having a higher repetition frequency, the generation of more heat is promoted, and as a result, a more reliable phase separation effect is obtained. It is possible to realize a higher transfer rate.
3) When, for example, a femtosecond laser is used as a recording light source, a recording or reproducing light source can be realized by using only a so-called oscillator without using a reproducing amplifier, so that higher reliability can be ensured and lower. An optical recording apparatus can be configured at low cost.
4) As in the case of using a regenerative amplifier together, it is possible to realize a change in the valence of rare earth due to multiphoton absorption. Therefore, it is possible to provide an optical recording method and an optical recording apparatus suitable for so-called multi-layer recording medium recording that is multilayered in the optical axis direction.
上述の実施例においては、パルス幅が１００ｆｓ、繰り返し周波数８０MHｚのパルスレーザを光源として記録を行ったが、パルス幅１ｐｓ以下、繰り返し周波数１ＭＨｚ以上であれば同様の効果が得られる。
すなわち、パルス幅が１ｐｓ以下であれば、多光子吸収過程を誘起することができて、多層記録媒体に対し所望の記録位置への記録が可能となる。パルス幅の下限としては、より短いパルス幅であれば１パルス当たりの尖頭値を高くできるが、多光子吸収を誘起できる範囲であればよく、１ｆｓ以上で同様の効果が得られる。
In the embodiment described above, recording was performed using a pulse laser with a pulse width of 100 fs and a repetition frequency of 80 MHz as a light source, but the same effect can be obtained if the pulse width is 1 ps or less and the repetition frequency is 1 MHz or more.
That is, when the pulse width is 1 ps or less, a multiphoton absorption process can be induced, and recording at a desired recording position on the multilayer recording medium becomes possible. As a lower limit of the pulse width, the peak value per pulse can be increased if the pulse width is shorter, but it may be in a range in which multiphoton absorption can be induced, and the same effect can be obtained at 1 fs or more.
また、繰り返し周波数としては、１ＭＨｚ以上であれば同様に分相化による蛍光の発光輝度の増大の効果が得られる。しかしながら、例えば記録媒体を光ディスク形式に準ずる記録形式とする場合、回転数を既存の光ディスクと同程度かそれ以上として転送レートを確保するためには、望ましくは１００ＭＨｚ以上、より望ましくは２００ＭＨｚ以上が好適である。繰り返し周波数の上限としては、繰り返しパルスの影響による熱を溜める効果が得られる範囲であればよく、１００ＧＨｚ程度でも利用可能である。 If the repetition frequency is 1 MHz or more, the effect of increasing the fluorescence emission luminance by phase separation can be obtained. However, for example, when the recording medium is a recording format that conforms to the optical disc format, in order to secure a transfer rate by setting the rotational speed to be the same as or higher than that of an existing optical disc, it is preferably 100 MHz or higher, more preferably 200 MHz or higher. It is. The upper limit of the repetition frequency may be in a range in which the effect of accumulating heat due to the influence of the repetition pulse is obtained, and can be used even at about 100 GHz.
なお、本発明な上述の例に限定されることなく、例えば光源としてその他の中心波長のパルスレーザ光源を用いるとか、また対物レンズの開口数などの光学系において、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described example. For example, a pulse laser light source having another central wavelength is used as the light source, or the optical system such as the numerical aperture of the objective lens is not deviated from the configuration of the present invention. Various modifications and changes are possible.
１．光源、２．フィルター、３．ビームスプリッター、４．光学系、５．対物レンズ、６．光源、７．コリメータレンズ、８．ビームスプリッター、９．集光レンズ、１０．ピンホール、１１．検出手段、３０．記録媒体、３１．第１の記録層、３２．第２の記録層、３３．第３の記録層、４１．光学系 1. 1. light source; Filter, 3. Beam splitter, 4. 4. optical system; Objective lens, 6. 6. light source; Collimator lens, 8. 8. beam splitter, Condensing lens, 10. Pinhole, 11. Detection means, 30. Recording medium, 31. First recording layer, 32. Second recording layer, 33. Third recording layer, 41. Optical system
Claims (9)
パルス幅が１ｐｓ以下であり、かつその繰り返し周波数が８０ＭＨｚ以上のパルスレーザ・オシレータより成る光源により、１パルスあたりの照射エネルギーを前記記録材料のクーロン爆発のしきい値エネルギー未満としてパルスレーザの照射を行って、前記記録材料における上記添加された希土類元素の状態変化を多光子吸収過程により誘起して、上記記録材料の光吸収特性及び蛍光の発光特性を変化させることにより情報の記録を行う
光記録方法。 Using a recording medium having a recording material in which a phase separation glass is a host glass and at least one rare earth element is added,
With a light source composed of a pulse laser oscillator having a pulse width of 1 ps or less and a repetition frequency of 80 MHz or more, the irradiation energy per pulse is less than the threshold energy of the Coulomb explosion of the recording material, and the pulse laser is irradiated. And recording information by inducing a state change of the added rare earth element in the recording material by a multiphoton absorption process and changing the light absorption characteristics and the fluorescence emission characteristics of the recording material. Method.
記録媒体を載置する載置台と、
前記光源から出射されるパルスレーザを、対物レンズを介して前記載置台上に載置される前記記録媒体上の所定の位置に照射する光学系と、
前記載置台を、前記光源から出射される光の照射位置に対して、記録時に２０ｍｍ／ｓ以上の速度で移動させる駆動部と、
を備え、
分相ガラスをホスト・ガラスとし、少なくとも１種以上の希土類元素を添加した記録材料を有する前記記録媒体に対し、前記光源から出射されるパルスレーザ光の１パルスあたりの照射エネルギーを前記記録材料のクーロン爆発のしきい値エネルギー未満としてパルスレーザの照射を行って、前記記録材料における上記添加された希土類元素の状態変化を多光子吸収過程により誘起して、上記記録材料の光吸収特性及び蛍光の発光特性を変化させることにより情報の記録を行う
光記録装置。 A light source comprising a pulse laser oscillator having a pulse width of 1 ps or less and a repetition frequency of 80 MHz or more;
A mounting table for mounting the recording medium;
An optical system for irradiating a predetermined position on the recording medium placed on the mounting table via the objective lens with a pulse laser emitted from the light source;
A drive unit that moves the mounting table at a speed of 20 mm / s or more during recording with respect to the irradiation position of the light emitted from the light source;
With
Irradiation energy per pulse of pulsed laser light emitted from the light source is applied to the recording medium having a recording material in which phase separation glass is a host glass and at least one kind of rare earth element is added . Irradiation with a pulse laser at a Coulomb explosion threshold energy is induced to induce a state change of the added rare earth element in the recording material by a multiphoton absorption process, and the light absorption characteristics and fluorescence of the recording material are induced. An optical recording apparatus that records information by changing light emission characteristics .
前記再生用光源から出射される光を前記記録媒体の所定の位置に導く光学系と、
前記再生用光源からの光の照射により、前記記録媒体の記録位置において発光する再生光を検出する共焦点レーザ顕微鏡と、
を更に備える請求項８に記載の光記録装置。 A light source for reproduction;
An optical system for guiding light emitted from the reproduction light source to a predetermined position of the recording medium;
A confocal laser microscope for detecting reproduction light emitted at a recording position of the recording medium by irradiation of light from the reproduction light source;
The optical recording apparatus according to claim 8, further comprising:
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Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
| JPH07333662A (en) * | 1994-06-09 | 1995-12-22 | Nippon Columbia Co Ltd | Photon echo memory material |
| JPH11197498A (en) * | 1998-01-13 | 1999-07-27 | Japan Science & Technology Corp | Method for selectively modifying inside of inorganic material and inorganic material with selectively modified inside |
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| JP2001522119A (en) * | 1997-10-31 | 2001-11-13 | トリディー・ストア・アイピー・エルエルシー | Multilayer photochromic optical data disk |
| JP2003019863A (en) * | 2001-05-02 | 2003-01-21 | Kohoku Kogyo Kk | Transparent inorganic material which can form heterogeneous part in optional shape showing behavior different from surroundings when irradiated with ultraviolet ray, and its production method |
| JP2004530246A (en) * | 2001-05-14 | 2004-09-30 | スウィンバーン ユニバーシティ オブ テクノロジー | Non-erasable optical data storage device |
| JP2005255512A (en) * | 2004-02-13 | 2005-09-22 | Central Glass Co Ltd | Rare earth element-containing functional glass and its producing method |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07333662A (en) * | 1994-06-09 | 1995-12-22 | Nippon Columbia Co Ltd | Photon echo memory material |
| JP2001522119A (en) * | 1997-10-31 | 2001-11-13 | トリディー・ストア・アイピー・エルエルシー | Multilayer photochromic optical data disk |
| JPH11197498A (en) * | 1998-01-13 | 1999-07-27 | Japan Science & Technology Corp | Method for selectively modifying inside of inorganic material and inorganic material with selectively modified inside |
| JP2001216649A (en) * | 2000-01-31 | 2001-08-10 | Central Glass Co Ltd | Three-dimensional optical memory medium and method for recording |
| JP2003019863A (en) * | 2001-05-02 | 2003-01-21 | Kohoku Kogyo Kk | Transparent inorganic material which can form heterogeneous part in optional shape showing behavior different from surroundings when irradiated with ultraviolet ray, and its production method |
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